汽车空气阻力系数C_D值的测试

V ol.14　N o.2公　路　交　通　科　技1997年6月JO U RN A L OF HIGHW AY A N D T R AN SP OR T A T IO N RESEA RCH AN D D EV EL O PM EN T

汽车空气阻力系数C D值的测试

周锋　钟声龙　姚锡凡

(华南理工大学　广州　510641)

提要　论述现用风洞试验测试汽车空气阻力系数存在的问题,介绍一种新的汽车空

气阻力系数测试方法。

关键词　汽车 空气阻力系数 测试方法

Testing on th e C D Value of Au tomobile

Air Resistance Coefficient

Zhou Feng

(South China U niv ersit y of T echno lo gy,Guangzhou)

Abstract　Problems ex istd in testing the air resistance coefficient of automobile by

using the present w ind channel test are ex pounded,and a new method fo r testing

the automo bile air resistance coefficient is intro duced in this paper.

Key words　Automobile Air resistance coefficient T esting method

1　汽车空气阻力系数C D值用风洞试验存在的问题

无论设计一种新车型还是对已有车辆进行改装设计,都希望设计得到汽车有较小的空气阻力系数C D值,以达到汽车使用中节省燃油的目的。

现用的汽车空气阻力系数C D值的测试方法是进行风洞试验,用汽车原型或汽车模型在风洞中进行空气阻力系数的测试。风洞试验的投资费用太大,在新车型设计时往往采用缩小的汽车模型在风洞中进行试验。汽车模型往往缩小尺寸为原型的1/n。模型试验的模型与原型必须做到几何相似与空气动力学相似,才能获得准确的试验结果。然而,几何相似容易做到,空气动力学相似就很难做到,这是因为,空气动力学相似要求模型在风洞中试验时与汽车在道路上实际行驶情况下的雷诺数应相等。即

R e=v a L a a

a=

v m L m m

m(1)

式中:L a和L m为汽车和模型的长度;v a和v m为汽车行驶速度和风洞中空气的速度; a和 m

该测试方法已申报国家专利

　收稿日期　1997-01-18 第一作者:男,1945年生,讲师

46公路交通科技　1997年　第2期

为大气和风洞中空气的密度; a和 m为大气和风洞中空气的粘滞系数。

若模型的尺寸为实际汽车尺寸的n分之一,而两种情况下 和 相同,要维持雷诺数R e 值不变,只能提高风洞中空气的流速,使v m=nv a,这是不易做到的。

在风洞试验中还要注意到道路表面工况的相似。汽车沿道路行驶时,空气相对于路面的速度为零(假设无自然风时),在路面上不存在边界层。而在风洞中,空气相对于模型或原型支承面有运动,从而形成了边界层。这也会产生C D值的测试误差。

根据模型风洞试验实践得知,模型风洞试验中测得的汽车空气阻力系数C D值误差较大,一般为10%～20%,最大误差可达40%。故为了较准确地测试汽车空气阻力系数C D值,人们往往建造大型风洞,对实际的原型汽车进行空气阻力系数C D值的测试,这样投资太大。我国目前所有汽车制造厂和汽车研究所以及有关大专院校都没有进行风洞试验的设备,要进行一种汽车的空气阻力系数C D值的测试,必须不惜人力、物力、财力在航天航空部门为数很少的风洞试验场进行,路程遥远,很不方便。因此,很多汽车厂的产品在定型试验中如此重要的汽车性能参数C D值往往被忽略,不再测试。

2　用汽车行驶功率平衡法来测试汽车空气阻力系数C D值

汽车在道路上行驶的功率平衡式为

P d=P f+P w+P i+P j(2)

式中,P轮为汽车驱动车轮输出功率,kW;P f为汽车滚动阻力消耗的功率,kW;P i为汽车行驶时路面坡度阻力消耗的功率,kW;P j为汽车行驶时加速阻力消耗的功率,kW。

P f=G a・f・v a/3600

G a为汽车总重力,N;f为轮胎与路面间的滚阻力系数;v a为汽车行驶速度,km/h;P w 为汽车行驶时空气阻力消耗的功率,kW。

P w=C D A v3a/76140(3)

式中,C D为汽车空气阻力系数;A为汽车迎面面积,即汽车行驶方向的投影面积,m2,A= H・B;H为汽车总高,m;B为汽车轮距,m。

测试前的准备工作是: 选择试验路段,要求平直的水泥路面为好(适度的坡路面也可以,但必须测出道路坡度值),路面状况良好(平整无凹坑和凸块); 制作汽车油门踏板限定位置机构; 检查被测试汽车的技术状况(保养汽车,并给各轮胎充气到规定气压值,要求轮胎花纹正常)。

测试工作的进行: 测量汽车各轮胎气压值; 测量汽车总高度H值和轮距B值; 称量汽车总重力G a值; 试验路段现场测量风向风力; 测试车辆当油门踏板在某固定位置行驶时此工况的最大稳定车速值v a(用变速器变换使用档位,同一油门踏板位置可得几个相应工况的最大稳定车速值v a); 回到实验室内在汽车底盘电涡流测功机上,按道路试验测得的车速v a(相应使用档位和油门踏板位置),测出汽车驱动车轮的该工况最大输出功率值; 计算各车速点对应的汽车滚动阻力消耗的功率值和道路坡度阻力消耗的功率值,由式(2)计算得P w值(此时P j=0),再由式(3)得汽车空气阻力系数C D值的计算式(4)算得C D值。

C D=76140P w/H・B・v3a(4)

由不同档位得到的不同v a值均可算得C D值,会有误差,再由试验方法进行修正C D值。

3　测试实例

1.测试车型及车况:中国第一汽车制造厂生产的双排座轻型货车CA1020一辆,车主装